nguồn gốc sự sống trên trái đất

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC & KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Bài báo cáo môn:
Sinh học đại cương
Đề tài:
Nguồn gốc sự sống trên Trái Đất
GVHD: Nguyễn Thành Luân
LỚP : 02DHTP2
SVTH:
PHÙNG MẠNH QUYẾT 2005110431
NGUYỄN THÙY LINH 2005110250
NGUYỄN THU TRANG 2005110602
NGUYỄN THỊ YẾN PHƯƠNG 2005110383
TP.HCM, 06/2012

BẢNG PHÂN CHIA CÔNG VIỆC
1 PHÙNG MẠNH QUYẾT
20051104310
Những tư tưởng, học thuyết đầu tiên về sự
sống, nguồn gốc của các chất hữu cơ cơ
bản.
2 NGUYỄN THÙY LINH
2005110250
Nguồn gốc của các chất hữu cơ cơ bản, tài
liệu tiếng anh
3 NGUYỄN THU TRANG
2005110602
Giai đoạn tiến hóa tiền sinh học, tài liệu
tiếng anh
4 NGUYỄN THỊ YẾN PHƯƠNG

2005110383
Giai đoạn tiến hóa tiền sinh học, giai đoạn
tiến hóa sinh học
MỤC LỤC
I. Những tư tưởng, học thuyết đầu tiên về sự
sống……………………………………4
II. Nguồn gốc của các chất hữu cơ cơ bản
…………………………………………… 7
1. Giả thuyết: Sự sống đến từ vũ
trụ…………………………………………….7
2. Giả thuyết: các chất hữu cơ phức tạp được sinh ra từ những hợp chất
cơ bản có
sẵn………………………………………………………………………… 8
a. Giai đoạn Tiến hóa hóa học-Giả thuyết về quá trình hình thành các
chất hữu cơ đơn giản từ các chất vô cơ
…………………………………………………… 9
b. Thí nghiệm Urey-
Miller……………………………………………………….9
III. Giai đoạn tiến hóa tiền sinh học
……………………………………………… …13
1. Sự tạo thành giọt coaserva
………………………………………………… 13
2. Sự hình thành lớp màng………………………………………………
… 14
3. Sự xuất hiện của enzyme
…………………………………………………….14
4. Hình thành cơ chế di truyền
……………………………………………… 14
a. Giả thuyết cho rằng DNA xuất hiện
trước…………………………………15

b. Giả thuyết RNA là nguyên liệu di truyền đầu
tiên…………………………15
IV. Giai đoạn tiến hóa sinh học
……………………………………………………….21
V. Tài liệu tiếng anh: Origins of Life on
Earth……………………………………….23
Tài liệu tham khảo………………………………………
…………………….34
LỜI MỞ ĐẦU: Ngành khoa học sinh vật hiện đại đang đương đầu với
một câu hỏi: sự sống bắt nguồn từ đâu? Nghiên cứu về nguồn gốc sự sống là một
trong những lĩnh vực được biết đến rất hạn chế, mặc dù hầu hết những hiểu biết của
con người về bộ môn sinh học và thế giới tự nhiên là dựa trên điều đó. Vậy sự sống
bắt nguồn từ đâu?
Mặc dù công việc nghiên cứu về lĩnh vực này rất chậm nhưng nó luôn luôn
thu hút sự chú ý của nhiều người bởi vì đây là một câu hỏi rất lớn và rất khó. Một số
những sự kiện đã cho chúng ta biết một phần điều kiện tạo nên sự sống, nhưng cơ
chế bên trong tạo nên sự sống vẫn là một điều bí ẩn.
Sang đầu thế kỉ XX các nhà khoa học đã chứng minh rằng trong điều kiện
hiện nay cơ thể sống chỉ được sinh ra từ cơ thể sống có sẵn chứ không thể được sinh
ra từ các chất vô cơ, nhưng trong quá trình xuất hiện và tiến hóa của Trái Đất cách
chúng ta khoảng 4,6 tỉ năm chưa hề có sự sống. Thế thì sự sống được sinh ra từ
đâu? Ngày nay khoa học đã có câu trả lời cho vấn đề nguồn gốc sự sống. Sự sống
chỉ xuất hiện cách đây 4 tỉ năm bằng con đường vô cơ dưới tác động của các nhân
tố tự nhiên qua 3 giai đoạn: tiến hóa hóa học- tiến hóa tiền sinh học- tiến hóa sinh
học.
I. Những tư tưởng, học thuyết đầu tiên về sự sống
Vào thế kỉ thứ 4 trước Công nguyên, Aristotle đã trình bày dựa trên những
điều mà con người thời đó biết được, ít nhất là ở Châu Âu, rằng những vật thể sống
phát sinh từ những vật thể không sống. Ví dụ như bọ chét và chuột phát sinh từ
những đống rác cũ hay bột mì, những con giòi và ruồi trong thịt thối.

Ông đi đến kết luận: Cuộc sống, nói ngắn gọn hơn, là bắt nguồn từ sự phát
triển tự nhiên.
Đến năm 1862, Louis Pasteur đã tiến hành thí nghiệm chứng minh chắc chắn
rằng sự sống không tự ngẫu sinh.
Ông dùng hai bình cầu chứa môi trường dinh dưỡng, một cái cổ hở, một cái
cổ cong (như hình vẽ mô tả). Hai bình được đun sôi lâu để diệt vi khuẩn. Sau một
thời gian, mầm vi khuẩn rơi vào bình hở làm biến đổi môi trường, còn ở bình cổ
cong, vi khuẩn không vào được nên không có sự sống, môi trường không đổi.
Hình mô tả thí nghiệm của Louis Paster
Như vậy, sự sống chỉ phát sinh từ các tế bào có sẵn (trong trường hợp này là
từ không khí rơi vào bình).
Pasteur đã chứng minh rằng những sinh vật bậc cao không thể phát sinh một
cách tự nhiên.
Louis Pasteur đang làm việc trong phòng thí nghiệm của ông (Tranh do
Albert Edelfeldt vẽ năm 1885)
Trong khi đó, phía bên kia eo biển Măng sơ, vào năm 1859, nhà khoa học
Charles Darwin đã công bố cuốn sách: “Về nguồn gốc của muôn loài”, trong đó ông
nhấn mạnh ý tưởng rằng các dạng của sự sống có thay đổi, tiến hóa thành những
loài mới qua nhiều kỷ nguyên.
Lý thuyết về tiến hóa của Charles Darwin đã đưa ra một cơ chế để giải thích
điều này: sinh vật phải mất hàng ngàn năm để tiến hóa từ những dạng cơ bản,
nhưng nó sẽ không mang những đặc điểm như lúc trước nữa, nhưng những sinh vật
cơ bản ấy sẽ từ đâu ra?
Sự phát sinh và phát triển của sự sống trên Trái Đất được chia thành ba giai
đoạn: tiến hóa hóa học, tiến hóa tiền sinh học và tiến hóa sinh học. Trong các giai
đoạn tiến hóa, các chất hữu cơ đầu tiên được hình thành từ các chất vô cơ với điều
kiện nguyên thủy của Trái Đất.
Các chất hữu cơ đơn giản này lại được trùng phân tạo nên các đại phân tử, từ
các đại phân tử hữu cơ này hình thành các tế bào sơ khai và tạo nên các tế bào sống
đầu tiên, từ các tế bào sống này hình thành nên những sinh vật cơ bản.Ngày nay,

học thuyết tế bào hiện đại khẳng định rằng tất cả các sinh vật đều được cấu tạo nên
từ tế bào, những tế bào mới được tạo nên từ sự phân chia của những tế bào trước
nó.
Nguồn gốc tế bào cũng chính là nguồn gốc sự sống và là những bước quan
trọng nhất trong quá trình tiến hóa sự sống. Sự xuất hiện tế bào chính là bước đánh
dấu chuyển biến từ thế giới hóa học vô sinh để bắt đầu sự sống sinh vật. Nghiên cứu
sâu về sự ra đời của tế bào sẽ phần nào đó giúp ta tìm ra được cội nguồn của sự
sống.
Những thí nghiệm của Pasteur và học thuyết của Darwin đã dẫn tới những
kết luận đối ngược nhau về nguồn gốc sự sống trên Trái Đất. Pasteur tuyên bố rằng
các công trình của ông cuối cùng cũng củng cố niềm tin Chúa sáng tạo ra sự sống.
Cũng bởi vì sự sống không thể bắt nguồn từ những vật thể phi sự sống, sinh vật đầu
tiên trên Trái Đất cũng không thể tự mình có được nếu không có sự sáng tạo của
một đấng siêu nhiên. Thế nhưng học thuyết tiến hóa của Darwin lại cho rằng sự
sống đầu tiên trên Trái Đất có thể bắt nguồn từ những vật chất tự nhiên.
II. Nguồn gốc của các chất hữu cơ cơ bản
1. Giả thuyết: Sự sống đến từ vũ trụ.
Giả thuyết này cho rằng sự sống bắt nguồn từ không gian ngoài địa cầu, từ
một hành tinh khác hay thiên hà khác, xâm nhập vào địa cầu qua các thiên thạch,
bụi vũ trụ, sao chổi,…Nhiệt độ không gian rất thấp, càng lên cao càng thấp, -50
0
C ở
tầm bay cao độ 10 km. Các sinh vật đơn bào có thể sống vĩnh viễn ở nhiệt độ
Nitrogen lỏng (-190
0
C).
Tiến sĩ Terry Kee, một nhà sinh học vũ trụ của Đại học Leeds tại Anh, tin
rằng khi những thiên thạch bắn phá địa cầu vài tỷ năm trước, nhiều viên rơi xuống
những vùng nước xung quanh núi lửa hoạt động.
Nước nằm gần núi lửa hoạt động có tính axit nhẹ do nó hòa tan những vật

chất từ núi lửa. Nhờ tính axit nhẹ mà nước tương tác với thiên thạch để tạo nên
những hợp chất hóa học đầu tiên.
Và để chứng minh, Kee thả những mẩu thiên thạch chứa sắt vào nước có tính
axit nhẹ và nhận thấy các hợp chất phosphate hình thành. Sau khi được nung nóng
tới khoảng 80
o
C, các hợp chất phosphate biến thành pyrophosphate – chất tạo nên
adenosine triphosphate (ATP).
Các nhà khoa học đã phát hiện các chất kiến tạo nên DNA trong các thiên
thạch, nhưng chưa chắc chắn rằng liệu chúng được tạo ra trong không gian hay do
tác động của Trái Đất trong quá trình va chạm.
Các nhà khoa học của NASA đã phân tích những mẫu thiên thạch hình thành
cách đây nhiều tỉ năm trước khi rơi xuống Trái đất và họ phát hiện ra Adenine và
Guanin - hai trong bốn chất được gọi là các nucleobazơ tạo nên DNA- đã được tìm
thấy trong những mẫu thiên thạch đó.
Qua cuộc nghiên cứu, các nhà khoa học cũng đã cung cấp các bằng chứng
cho thấy rằng các nucleobazơ đã được hình thành trong không gian chứ không phải
từ môi trường trên Trái đất.
Qua nghiên cứu, phân tích đã cho thấy là cả ba loại phân tử cần thiết để kiến
tạo nên các tế bào sống là: Các nucleobazơ (được sử dụng để tạo thành các nucleic
acid làm nên vật chất di truyền như DNA), các acid amin (được sử dụng để tổng
hợp nên protein), hợp chất amphiphilic (được sử dụng để xây dựng nên màng tế bào
), tất cả đều đã được tìm thấy trong các thiên thạch và dường như đã được hình
thành tại đó.
Như vậy, theo các nhà khoa học, thiên thạch có thể được nói đến như nguồn
cung cấp các thành phần cần thiết cho nguồn gốc của sự sống trên Trái đất và có thể
ở cả nơi khác nữa.
2. Giả thuyết: các chất hữu cơ phức tạp được sinh ra từ những hợp chất cơ bản
có sẵn
Giả thuyết thứ hai về nguồn gốc sự sống cho rằng không có nguồn cung cấp

từ ngoài Trái đất mà các chất hữu cơ phức tạp được sinh ra từ những hợp chất nhỏ
có sẵn dưới các tác động bên ngoài như: bức xạ mặt trời, sấm sét, sức nóng từ lõi
Trái đất và mặt trời. Tất cả đều xảy ra ở giai đoạn tiến hóa đầu tiên: tiến hóa hóa
học.
Theo giả thuyết thứ hai này thì:
 Trái đất thời nguyên thủy có một khí quyển khữ gồm khí nitrogen ( N
2
),
hydrogen (H
2
), methane (CH
4
), ammonia (NH
3
), nước (H
2
o), hydrogen
sulfide (H
2
S), cacbon dioxide (CO
2
) hay cacbon monoxide (CO) và
phosphate (PO
4
3-
), nhưng không có hay rất hiếm, oxygen (O
2
) và ozone (O
3
).

 Khi khối không khí khữ này giao tiếp với năng lượng, như tia lửa điện của
sấm chớp, nhiệt của hỏa diệm sơn, hay tia UV sẽ cho ra một số chất hữu cơ
giản dị- hợp chất đơn (monomers) như đường glucose (C
6
H
12
O
6
) hay amino
acids.
 Các hợp chất đơn hữu cơ này tích tụ chung với nhau như “nước canh-soup”.
 Các phân tử hợp chất đơn kết hợp với nhau thành đa hợp chất hữu cơ
(polymers) và cuối cùng cấu tạo sự sống.
 Kết hợp các phospholipids với nhau tạo thành chất lipid có 2 lớp (lipid
bilayers) là thành phần cấu tạo màng tế bào.
a. Giai đoạn Tiến hóa hóa học-Giả thuyết về quá trình hình thành các chất hữu
cơ đơn giản từ các chất vô cơ
Năm 1920, Aleksandr Ivanovich Oparin đưa ra giả thuyết: các chất hữu cơ có
thể tổng hợp từ các chất vô cơ có sẵn trong tự nhiên.Trong khí quyển nguyên thủy
của Trái đất có các khí như CH
4
, NH
3
, hay là xianôgen (C
2
H
2
).
Do tác dụng của các tia bức xạ mặt trời, tia tử ngoại….đã làm cho chất vô cơ
hình thành nên các hợp chất hữu cơ đơn giản hiđrô cacbua gồm hai nguyên tố là C

và H rồi từ đó hình thành nên các hợp chất có 3 nguyên tố C, H, O, như Saccarit,
lipid rồi tạo ra các hợp chất hữu cơ có 4 nguyên tố C, H, O, N như axid amin và các
Nucleoit.
Từ các axid amin hình thành nên các protein đơn giản rồi đến các protein
phức tạp và từ các Nucleotit hình thành nên các axid nucleotit.
Các chất hữu cơ đó ngày càng phức tạp và trở nên nặng dần rồi theo nước
mưa xuống hòa tan vào nước đại dương. Tuy nhiên, giả thuyết này không được
công nhận vì không có thực nghiệm.
b. Thí nghiệm Urey-Miller
Năm 1953, Harold Urey và Stand Miller bằng thực nghiệm có thể chứng
minh rằng các chất hữu cơ đơn giản có thể hình thành từ các chất vô cơ theo con
đường hóa học trong điều kiện Trái Đất cổ xưa.Trong thí nghiệm vĩ đại này, các nhà
khoa học đã tạo ra điều kiện tương tự như trên trái đất cổ xưa.
Thí nghiệm bên đã chứng minh được một số bước trong giả thuyết của
Oparin.
Điều này mở ra một bước ngoặt mới trong việc tìm hiểu cội nguồn của sự
sống.
Thí nghiệm gồm một bình đầu tiên chứa nước (mô phỏng nước biển) với hỗn
hợp khí CH
4
, NH
3
, H
2
, đun nóng bình này đến khi xảy ra hiện tượng hóa hơi rồi dẫn
vào một bình thứ hai phóng tia lửa điện liên tục (mô phỏng sấm sét). Hỗn hợp khí
được làm lạnh, ngưng tụ lại (mô phỏng hiện tượng Trái Đất nguội dần) và dẫn
ngược trở lại vào bình đầu tiên để tiếp tục chu trình trên.
Trong vòng một giờ, nước trong bình chuyển sang màu cam. Sau một tuần,
họ quan sát thấy 15% cacbon đã chuyển thành hợp chất hữu cơ. Sau vài tuần, chất

lỏng trong bình đầu tiên trở nên sẩm màu và dần dần chuyển thành màu nâu thẫm.
Khi phân tích chất này, Miller và Urey phát hiện một lượng lớn acid
amin (amino acid) chứa trong nó, một thành phần quan trọng trong cấu trúc cơ bản
của khối vật chất sống. Ðể loại bỏ khả năng các vi khuẩn nhiểm hỗn hợp và tổng
hợp các hợp chất, ông lặp lại thí nghiệm nhưng không cho phóng điện, và năng suất
lại không có ý nghĩa.
Kế tiếp là thí nghiệm của Joan Oró I Florensa (NASA, 1959-1962) cho biết
tổng hợp được chất nucleobase adenine, thành phần cấu tạo của nucleic acids trong
phân tử ATP và GTP, bằng cách đun nóng dung dịch ammonium cyanide.
Để chứng minh rằng trong điều kiện băng giá cũng có thể tổng hợp được s-
triazines, pyrimidines (gồm cytosine và uracil), và adenine từ dung dịch urea khi
cho dung dịch này qua nhiều chu kỳ kết đông nước đá rồi cho tan (freeze-thaw
cycles) trong điều kiện không khí khữ với tia lữa điện.
Trong thập niên 1950s và 1960s, thí nghiệm của Sidney W Fox cho thấy chất
peptide được cấu tạo ngẫu nhiên trong điều kiện môi trường tương tự của thời
Hadean và Archean cách đây trên 2,5 tỷ năm. Ông chứng minh các amino acids kết
hợp ngẫu nhiên và tạo thành peptides. Các amino acids và peptides này kết hợp lại
thành một màng hình cầu, tương tự màng tế bào (cell membrane) của sinh vật ngày
nay.
Năm 2001, Jason Dworkin cho dung dịch đông lạnh gồm nước, methanol,
ammonia và carbon monoxide với tia tử ngoại UV. Phản ứng cho ra một số lượng
đáng kể chất hữu cơ, các chất này kết hợp lại thành bong bóng hay có hình sợi ở
trong nước. Ông cho rằng các màng bong bóng này giống màng tế bào chứa các
chất căn bản của sự sống. Các bong bóng có kích thước từ 10 đến 40 µ, bằng kích
thước của hồng huyết cầu. Đặc biệt là các bong bóng này phát quang (fluorescence)
khi tiếp xúc với UV. Ông cho rằng các bong bóng phát quang này chính là mẫu mực
quang tổng hợp ở thời cổ đại.
Năm 2004, mhóm Leslie Orgel, thành công tỗng hợp chất Purine trong môi
trường băng giá từ hydrogen cyanide.
Tất cả các thí nghiệm trên đều sử dụng tia lửa điện là nguồn năng lượng, bắt

trước sấm sét hay tia hồng tử ngoại. Ngược lại, Gunster Wächtershäuser, trong thập
niên 1980s, sử dụng năng lượng hóa học từ sulphides sắt, như Pyrite. Năng lượng
này không những tổng hợp được các phân tử hữu cơ mà còn tạo được các oligomers
và polymers. Thí nghiệm sản xuất được dipeptides (0.4 đến 12.4%) và một ít
tripeptides (0.1%).
Mới đây khám phá vi khuẩn Methanosarcina acetivorans ở dưới đáy biển. Vi
khuẩn thời cổ đại này hấp thụ carbon monoxide và nhả ra methane và acetate.
James Ferry và Christopher House của Đại học Penn State University khám phá
thêm rằng vi khuẩn này lấy năng lượng từ phản ứng giữa acetate và sulphide sắt chỉ
nhờ 2 amino acids đơn giản, khác với sư cần tới trên 10 amino acids như hiện nay.
Christof Biebricher, năm 2008, thành công trong việc tạo một RNA mới chứa
400 bases từ một mẫu RNA thiên nhiên trong điều kiện băng giá. Mẫu RNA mới
này tăng trưởng bao quanh RNA thiên nhiên.
Nhóm nghiên cứu Đại Học Harvard, năm 2008, cho biết đang nghiên cứu
việc tạo tế bào nhân tạo. Nhóm nghiên cứu này cho trộn vài acid béo (fatty acids)
với DNA (thiên nhiên) trong một ống nghiệm, kết quả cho thấy thành lập một khối
DNA mới chứa nhiều thông tin di truyền. Nếu thêm vào đó nucleotides (thiên
nhiên) thì nucleotides chạy vào và DNA tự chia đôi (replicate) trong vòng một ngày.
Tuy nhiên, thí nghiệm tạo DNA mới phải dựa vào DNA và nucleotides thiên nhiên
trích từ nhiễm thể.
Cho tới nay, chưa có khoa học gia nào tạo được tế bào nhân tạo, ngay cả
RNA hay DNA nhân tạo. Năm 2009, Sutherland và nhóm nghiên cứu thuộc Đại
Học Manchester (Anh quốc) đã thành công tổng hợp được 2 khối cấu tạo RNA
trong số 4 khối căn bản của RNA, và nhóm ông tin tưởng rằng sẽ thành công tổng
hợp được RNA nhân tạo từ các dung dịch hóa học. Một khi tổng hợp được RNA
nhân tạo thì không khó lắm trong việc tổng hợp DNA nhân tạo, và dựa theo nghiên
cứu của nhóm Harvard, tổng hợp thành tế bào nhân tạo sẽ trong tầm tay.
Một cách tổng quát, các giả thuyết cho rằng chính nhờ năng lượng của hỏa
diệm sơn, sấm sét, tia tử ngoại tổng hợp các khí thời nguyên thủy thành các chất
hữu cơ đơn giản (monomers) như amino acids, nucleobases, rồi các chất đơn giản

này tổng hợp thành các chất phức tạp hơn (polymers). Chất sét giàu sắt (iron-rch
clays) là nơi các phân tử hữu cơ phức tạp tập trung và cô đọng đậm đặc, trở nên có
khả năng sinh sôi nảy nở bằng cách tách đôi (replicate). Khối sét này hấp thụ carbon
dioxide biến thành oxalic và các dicarboxylic acids khác. Trong các suối nước nóng
giàu chất sulphides, khối mang chất sống này có khả năng định khí Nitrogen.
Phosphate cũng được hấp thụ và tạo thành nucleotides và phospholipids. Đó là giả
thuyết giải thích tiến trình tiến tới thành lập tế bào của sinh vật đơn bào. Sinh vật
đầu tiên sống dị dưởng (heterotroph), tự dưỡng (autotrophic) hay cộng sinh
(symbiosis). Sinh vật ký sinh (parasites) xuất hiện về sau.
Trong các giả thuyết về “Nước soup Nguyên Thủy - primordial soup” thì sự
sống bắt nguồn đầu tiên trong nước như: đại dương, biển, bờ biển, các hồ nước, hay
trên mặt đất nơi nào có nước.Tuy nhiên, Gold, trong thập niên 1970s, đưa giả thuyết
sự sống có thể bắt đầu trong môi trường nóng của vỏ Trái đất, không trên mặt đất
mà ở độ sâu vài km dưới mặt đất. Ở cuối thập niên 1990s, người ta khám phá một
số vi sinh vật nhỏ hơn vi trùng có cấu tạo DNA trong lớp đá sâu trong lòng đất.
Ngày nay, NASA cũng khám phá thêm thấy rằng dấu vết vi khuẩn hóa thạch thời
nguyên thủy archaea có rất nhiều trong lòng đất, không những của quả địa cầu mà
còn thấy ở nhiều hành tinh khác.
III. Giai đoạn tiến hóa tiền sinh học
1. Sự tạo thành giọt coaserva
Giọt coaserva là những phân tử có khả năng phân chia, sinh trưởng và hấp thụ
chất dinh dưỡng từ môi trường ngoài, đây được coi là những biểu hiện đầu tiên của
sự sống. Các nhà khoa học đã tạo được các giọt coaserva khi trộn polymer trong
dung dịch nước (hiện tượng hóa keo), chúng dễ dàng được tạo thành mà không đòi
hỏi những điều kiện đặc biệt.
Coaserva có thể tự lắp ráp khi lắc dung dịch có chứa các phân tử lipid,
protein, nucleotit acid và polisaccarit. Coaserva tách biệt với môi trường ngoài bởi
màng kỵ nước. Các hạt coaserva có thể hấp thụ enzim và các chất khác từ môi
trường, giải phóng các sản phẩm của phản ứng enzyme. Khi hấp thụ các chất,
coaserva sinh trưởng và phân chia thành các coaserva nhỏ. Các coaserva có thành

phần tốt hơn sẽ to ra và phân chia tiếp.
Theo Oparin, chọn lọc tự nhiên sẽ giữ lại và hoàn thiện các giọt tốt hơn để
tạo nên tế bào.
Từ các chất hữu cơ cao phân tử có hiện tượng đông tụ thành giọt keo gọi là
giọt coaserva, đây là dấu hiệu sơ khai của sự sống (trao đổi chất, lớn lên, phân
chia).
2. Sự hình thành lớp màng
Sự hình thành lớp màng nhằm phân cách coaserva với môi trường. Thông
qua màng, coaserva sẽ thực hiện sự trao đổi chất với môi trường. lớp màng này gồm
những phân tử protein và lipid sắp xếp theo một trật tự xác định.
Các đại phân tử lipid, protit, axit nucleic… xuất hiện trong nước và tập trung
cùng nhau dẫn tới việc các phân tử lipid có tính kỵ nước sẽ lập tức hình thành nên
lớp màng bao bọc lấy tập hợp các đại phân tử hữu cơ tạo nên các giọt nhỏ li ti khác
nhau. Các giọt này chịu sự tác động của chọn lọc tự nhiên sẽ dần tiến hóa và tạo nên
các tế bào sơ khai.
3. Sự xuất hiện của enzyme
Các enzyme đóng vai trò xúc tác, làm cho quá trình tổng hợp và phân giải các
chất hữu cơ xảy ra nhanh hơn. Tiền thân của các enzyme đó có thể là những chất
hữu cơ phân tử lượng thấp kết hợp với các ion kim loại và liên kết với các
polypeptide.
4. Hình thành cơ chế di truyền
Theo chọn lọc tự nhiên, môi trường sẽ chọn lọc những tế bào thích nghi và
đào thải những tế bào không thích nghi. Các đặc tính của tế bào không thể duy trì và
tiến hóa qua từng thế hệ nếu như không có cơ chế di truyền. Trong tế bào, thông tin
di truyền được mã hóa trong axit nucleit (DNA và RNA), nhưng DNA xuất hiện
trước RNA hay ngược lại? Đó vẫn còn là điều bí ẩn.
a. Giả thuyết cho rằng DNA xuất hiện trưởc
Năm 1929, G.Muller một nhà di truyền học nổi tiếng nêu giả thuyết cho rằng
sự sống bắt đầu từ một hoặc vài gen tạo thành không do các sinh vật. Trong một
thời gian dài, giả thuyết này không được chú ý.

Nhưng sau đó đã xuất hiện một vài bằng chứng cho thấy giả thuyết này ngày
càng có lí:
 Thứ nhất: cấu trúc phân tử và sự tái sinh của virus. Chúng ta biết rằng sau
khi virus xâm nhập vào vi khuẩn chỉ có DNA hoặc RNA được bơm vào và
tự nó sao chép rồi tạo ra các hạt virus mới.
 Thứ hai: trong quá trình tổng hợp protein, ngoài DNA và mRNA thông tin,
còn có sự tham gia của tRNA vận chuyển và rRNA của ribosome. Điều này
cho thấy nucleic acid có trước.
 Thứ ba: nhiều nucleotide giữ vai trò quan trọng và đa dạng ở tất cả các sinh
vật
b. Giả thuyết RNA là nguyên liệu di truyền đầu tiên
Một số ý kiến cho rằng chính RNA mới là nguyên liệu di truyền đầu tiên, và
để chứng minh cho điều này, các nhà khoa học đã nêu ra một vài bằng chứng như:
 RNA bền hơn.
 RNA có khả năng nhân đôi từ mạch khuôn mẫu nhanh hơn và ít sai sót hơn
các trình tự khác.
 RNA dễ tổng hợp hơn DNA.
 Sự sai sót trong quá trình tái bản cùng với tác động chọn lọc tự nhiên đã tạo
ra sự đa dạng của RNA.
 RNA là chất tự xúc tác (với rARN, tARN và mARN).
Vậy DNA có trước hay RNA có trước? Đó vẫn là vấn đề nghiên cứu của các
nhà khoa học và hi vọng rằng họ sẽ cho ta câu trả lời sớm nhất.
Cấu trúc của DNA và bảng chữ vần để lập mã thông tin
Các phân tử di truyền như DNA và RNA là các đa phân tử (polymer-dãy của nhiều
phân tử nhỏ hơn) được cấu tạo bằng những bloc thành phần gọi là nucleotide. Còn
các nucleobase có thành phần khác nhau: đường, phosphat và một nucleobase. Các
nucleobase có bốn loại và tạo thành vần chữ cái (alphabet ) nucleobase có thể là A
(phân tử adenine), G ( phân tử guanine), C (phân tử cytosine) và T (phân tử
thymine), trong RNA chữ cái T được thay bằng U (phân tử uracine). Các nucleobase
là các hợp chất giàu nitrogen mà liên kết với nhau theo một quy luật đơn giản: A

liên kết với U (hoặc T), G với C. Mỗi cặp cơ sở ( cặp gốc) làm thành một nấc thang
của hai sợi xoắn DNA. Và sự kết cặp đặc thù riêng biệt là quan trọng để sao chép
trung thành thông tin. Các phân tử phosphate và đường làm thành xương sống của
mỗi sợi DNA hoặc RNA
Các nucleobase
Các nucleobase có thể kết hợp một cách tự phát sau một số bước từ cyanide,
acetylene và những phân tử đơn giản có mặt trong số các hóa chất nguyên thủy.
Đường Ribose
Đường cũng có thể kết hợp từ những hóa chất đơn giản ban đầu. Đã 100 năm người
ta đã biết các loại phân tử đường có thể hình thành bằng cách làm nóng dung dịch
kiềm của formaldehyde, các loại hóa chất này cũng tồn tại khi Trái đất còn ở thời kỳ
nguyên sơ. Song vấn đề là ở chỗ làm thế nào có được đúng loại đường- cụ thể là
ribose, trong trường hợp RNA – để làm ra được nucleotide. Ribose, cùng với 3 loại
đường liên quan có thể hình thành từ phản ứng của hai loại đường đơn giản hơn
chứa 2 và 3 nguyên tử cacbon theo thứ tự. Khả năng hình thành của ribose theo
cách kể trên không giải quyết vấn đề vì sao ribose lại có nhiều trên Trái đất lúc
nguyên sơ, ribose không bền và dễ dàng phân rã trong dung dịch kiềm nhẹ. Trong
quá khứ điều quan sát này dẫn nhiều nhà nghiên cứu đến kết luận rằng các phân tử
di truyền nguyên thủy không chứa ribose.
Phosphorus
Phần phosphate của các nucleotide là phần gây ra một bí ẩn. Phosphorus- nguyên tố
trung tâm của nhóm phosphate- là nguyên tố trung tâm của nhóm phosphate- là
nguyên tố có nhiều trong vỏ Trái đất song không hòa tan trong nước là môi trường
mà người ta giả định ở đấy đã phát sinh sự sống. Do đó khó hiểu được vì sao
phosphate lại có mặt được trong chất liệu tiền sinh học (prebiotic mix). Nhiệt độ cao
từ các giếng núi lửa (volcanic vent) có thể biến các khoáng sản chứa phosphate
thành dạng phosphate hòa tan được trong nước song theo ước đoán của các nhà
khoa học thì lượng này không nhiều. Một nguồn gốc khác của các hợp chất
phosphorus này là schreibersite, một khoáng chất tìm thấy trong một số thiên thạch.
Năm 2005 Mathew Pasek và Dante Lauretta ( Đại học Arizona) đã tìm thấy

sự ăn mòn schreberste trong nước có thể giải thoát thành phần phospharus.
Như thế chúng ta đã có ít nhất một bức tranh phác họa các khả năng tạo
thành các nucleobase, đường và phosphate, song vấn đề chính lại là các thành phần
đó đã liên kết đúng đắn bằng cách nào để có các nucleobse tồn tại trong thực tế.
Chính công đoạn này mới là công đoạn chứa nhiều bí ẩn trong hóa học tiền sin học
(prebiotic) mà nhiều nhà nghiên cứu đã phải dày công làm việc trong nhiều thập kỷ
qua.
Sơ đồ cấu trúc DNA
Để cho sự liên kết hóa học dẫn đến kết quả mong muốn thì cần những hợp
chất giàu năng lượng. Những hợp chất như thế cũng tồn tại trên Trái đất nguyên sơ,
song song trong phòng thí nghiệm các phản ứng kích hoạt nhờ những hợp chất này
tỏ ra không đủ hữu hiệu và trong đa số trường hợp là vô hiệu.
John Sutherland và cộng sự tại Đại học Manchester, Anh đã thông báo rằng
họ đã tìm thấy con đường hình thành các nucleotide song hành với tính không bền
của ribose. Họ đã tạo được một phân tử nhỏ mà họ gọi là 2- aminooxazole, phân tử
này có thể xem là một đoạn của đường (sugar) kết liền với nucleobase. Các phân tử
này có thể tích tụ nhiều và sau đó nhờ nhiều phản ứng hóa học khác nhau có thể tạo
thành một nucleobase gắn với đường toàn vẹn. Điều lý thú là các tia UV của mặt
trời khi chiếu vào những vùng nước cạn có thể loại bỏ những nucleobase đúng.
Nhóm Sutherland có thể giải thích được con đường tạo thành RNA ở các thời điểm
nguyên sơ của Trái đất.
Tạo RNA
Một khi chúng ta đã có các nucleotide bước còn lại là quá trình polymer hóa để có
được phân tử RNA: đường (sugar) của một nucleotide sẽ liên kết hóa học với
phosphate tiếp theo và như thế các nucleotide sẽ nối với nhau thành một chuỗi. Họ
đã tạo được những dãy RNA dài gồm 40 nucleotide ( một gen hiện nay dài đến
nhiều nghìn nucleotide).
Song sự polymer hóa cũng chưa giải quyết được vấn đề nguồn gốc của sự
sống. Muốn là “sống” các sinh thể phải có khả năng sinh sản đây là một quá trình
đòi hỏi sự sao chép thông tin. Trong các tế bào hiện tại thì enzyme làm nhiệm vụ

sao chép đó.
Tuy nhiên các đa phân tử có thể cuộn lại thành nhiều dạng và từ đó có khả
năng xúc tác các phản ứng hóa học giống như các enzyme ngày nay đang làm. Cho
nên nhiều khả năng là các RNA trong những sinh thể nguyên sơ có thể điều hành sự
sao chép này. Khái niệm này đã dẫn đến nhiều thí nghiệm trong Szostak Lab và
phòng thí nghiệm của David Bartel ở MIT.
Hiện nay nguyên lý tự sao chép RNA (RNA self-replication) đã nhận được
sự hưởng ứng từ Tracey Lincoln, Gerald Joyce (Scripps Research Institute). Tiếc
thay các thí nghiệm cần nhiều RNA mà chúng ta chưa thể chế tạo nổi với số lượng
lớn cần thiết.
Tiền tế bào
Giả sử rằng khoảng trống trong sự hiểu biết của chúng ta về nguồn gốc sự sống một
ngày nào đó sẽ được lấp trống, ta hãy tìm xem các phân tử bằng cách nào đã tương
tác với nhau để liên kết thành một cấu trúc có dạng tế bào nói cách khác một “tiền
tế bào” (protocell).
Các màng bao bọc các tế bào hiện tại gồm một lớp kép lipid chứa
phospholipid & choesterol. Những loại protein phức tạp nằm trong các màng đó
đóng vai trò thủ môn giữ khung thành, chúng bơm ra và hút vào tế bào những phân
tử trong khi đó những protein khác lại có nhiệm vụ hàn gắn các màng. Thử hỏi làm
thế nào mà các tiền tế bào với cấu trúc đơn sơ lại có thể đảm nhiệm những công
việc trên bào với cấu trúc đơn sơ lại có thể đảm nhiệm những công việc trên mà
không có bộ máy protein?
Những màng nguyên thủy có lẽ được cấu thành bởi những phân tử đơn giản,
như các acid béo ( một thành phần của các phospholipid phức tạp). Những nghiên
cứu trong những năm 1970 chứng tỏ rằng các màng đó được hình thành nhờ kết hợp
tự phát từ những acid béo, tuy nhiên một cảm nhận chung là những màng như thế sẽ
làm thành một rào ngăn cản sự thâm nhập các nucleotide và các chất dinh dưỡng
phức tạp khác vào tế bào. Vì ý niệm này mà người ta cho rằng quá trình chuyển hóa
(metabolism) đã phát triển đầu tiên nhờ vậy mà các tế bào có khả năng tự tổng hợp
được các nucleotide.

Tiền tế bào và các túi
Tuy nhiên các nghiên cứu trong Szostak Lab ( phòng thí nghiệm do Szostak
chủ nhiệm) cho thấy rằng các phân tử lớn như các nucleotide trong thực tế có thể
thẩm thấu qua các màng đó khi mà các nucleotide cũng như các màng đang còn có
cấu trúc đơn giản “ nguyên sơ” hơn hiện tại. Điều này cho phép tiến hành một thí
nghiệm mô phỏng khả năng của một tiền tế bào sao chép thông tin di truyền bằng
cách sử dụng các chất dinh dưỡng trong môi trường. Các nhà sinh học trong
Szostak Lab đã tạo nên những túi có màng bằng acid béo trong chứa một đoạn ngắn
đơn sợi DNA. Mẫu sợi đơn này sẽ đóng vai trò một bản in (template) cho sợi
( strand) mới. Sau đó các tác giả cho các túi này tham gia vào các phản ứng hóa học
mạnh giữa các nucleotide. Các nucleotide đã đi xuyên qua các màng và sau tương
tác với nhau tạo nên một sợi bổ sung. Thí nghiệm này chứng tỏ rằng những tiền tế
bào nguyên thủy chứa RNA có khả năng sao chép chất liệu di truyền mà không cần
đến enzyme.
Để cho các tiền tế bào bắt đầu sinh sản chúng phải có khả năng lớn lên, sao
chép nôi dung di truyền rồi phân chia thành những tế bào thế hệ “con”. Các thí
nghiệm chứng tỏ rằng các túi ( vesicle) nguyên sơ này có thể phát triển theo hai
phương thức khác nhau. Trong các công trình tiên phong vào những năm 1990, Pier
Luigi và cộng sự ( Swiss Federal Institute of technology, Zurich) đã thêm các acid
béo vào nước bao quanh các túi nói trên. Kết quả là các màng bao bọc túi đã hấp thụ
acid béo và lớn lên về diện tích.
IV. Giai đoạn tiến hóa sinh học
Tiến hóa sinh học: là một quá trình lich sử tiến hóa rất lâu dài, từ coaxecva
hình thành những dạng sống chưa có cấu tạo tế bào, đến đơn bào và sinh vật đa bào
như ngày nay.
Khi đã hình thành nên các tế bào sơ khai thì chọn lọc tự nhiên sẽ không còn
tác động lên từng phân tử hữu cơ riêng rẽ mà tác động nên cả tập hợp các phân tử
như một đơn vị thống nhất. Tế bào sơ khai nào có được tập hợp các phân tử giúp
chúng có khả năng trao đổi chất và năng lượng với bên ngoài, có khả năng phân
chia và duy trì thành phần hoá học thích hợp của mình thì sẽ được giữ lại và nhân

rộng.
Từ những tế bào sơ khai ban đầu, trải qua quá trình chọn lọc và tiến hóa khắc
nghiệt những tế bào đó sẽ hình thành và phát triển thành các cơ thể đơn bào đơn
giản, dần dần sẽ tiến hóa thành tế bào sinh vật nhân sơ và tế bào sinh vật nhân thực
rồi từ tế bào sinh vật nhân thực sẽ tiếp tục tiến hóa thành cơ thể nhân thực, đơn bào
nhân thực và cuối cùng là đa bào nhân thực. Tất cả đều chịu sự tác động mạnh mẽ
của chọn lọc tự nhiên, các tế bào sẽ dần hoàn thiện và hình thành nên các sinh vật
đầu tiên của Trái Đất.
SƠ ĐỒ TÓM TẮT CÁC GIAI ĐOẠN TIẾN HÓA